DE3006085A1

DE3006085A1 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren von geschmolzenem material

Info

Publication number: DE3006085A1
Application number: DE19803006085
Authority: DE
Inventors: Frans Michel Dobbels; Jacobus Nicolaas Cornelis Geel; Walther Adriaan Hub Theunissen
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1979-02-27
Filing date: 1980-02-19
Publication date: 1980-09-04
Also published as: GB2043049A; FR2450396A1; GB2043049B; JPS6116958B2; BE881843A; JPS55129800A; FR2450396B1; US4340160A; DE3006085C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von geschmolzenem Material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 11 und 12.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die insbesondere spezifischen Problemen Rechnung tragen, die auftreten bei der Behandlung von Schmelzen bei Verfestigungs- und Verglasungsprozessen von radioaktiven Materialien, insbesondere von flüssigen hochradioaktiven Abfällen (HLRLW).

Es versteht sich, daß die Schwierigkeiten und Gefahren, die bei der Handhabung von Schmelzen aufgrund von Verfestigungs- und Verglasungsprozessen von flüssigen hochradioaktiven Abfällen auftreten, hohe Anforderungen an die Verf fahren und Vorrichtungen stellen, die hierfür eingesetzt ₍ werden. Jedes Verfahren zur Handhabung solcher Schmelzen ; sollte daher so wenig mechanische Einrichtungen, die die Gefahr eines ungenauen Arbeitens mit sich bringen, als möglich einsetzen, sollte ferner per Fernbedienung zu betätigen und

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zu warten sein und außerdem hinsichtlich der Genauigkeit und Sicherheit so optimal als möglich ausgelegt sein.

Solche Verfahren sollten ferner so gestaltet sein, daß Vorkehrungen getroffen sind, durch die eine sofortige Unterbrechung bzw. ein sofortiges Abschalten im Störungsfalle erfolgt. Die bisher entwickelten Verglasungsvorrichtungen zur Verfestigung von flüssigen hochradioaktiven Abfällen sehen keinen kontinuierlichen Abfluß der Schmelze vor, sondern eine diskontinuierliche Abgabe in Portionen von 2o bis 5o Litern pro Arbeitszyklus. Die Verglasungsvorrichtungen wurden mit Kühlventilen ausgestattet, die am Boden der Verglasungsvorrichtungen angeordnet waren, oder die Dosiervorrichtungen wurden entleert, indem die Schmelzvorrichtungen zu einer Seite hin gekippt wurden, um so ein Ausfließen der Schmelze über einen überlauf auf die andere Seite zu ermöglichen. Solche Techniken sind beschrieben in der Veröffentlichung "Techniques for the Solidification of High Lavel Wastes", Technical Report SerlenNr. 176, IAEL, Wien 1977, und durch die Veröffentlichung von C.C.Chapman, H.T.Blair und W.F. Bonner in "Experience with Waste Vitrification Systems at Battelle-Northwest", in Radioactive wastes from the nuclear fuel cycle, AICHE Symposium Serien 154 Vol. 72, p. 151, 1976, herausgegeben von R.E.Tomlinson.

Diese bekannten Techniken sind aufwendig und störanfällig, denn bei der Herstellung von radioaktivem Glas sind Einrichtungen mit einer sehr großen Zuverlässigkeit erforderlich,

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die während langer Betriebszeiten fernbedienbar ausgeführt sein müssen.

Die notwendigerweise häufig erfolgende Betätigung eines Kühlventiles wirkt sich nachteilig auf die mechanische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit der Schmelzvorrichtung

aus
aus, die^einer sehr korrosionsbeständigen Legierung oder aus einem keramischen Material besteht. Häufige Temperaturwechsel in der Größenordnung von einigen hundert Grad C verursacht ein Brüchigwerden der Metallteile der Schmelzvorrichtung und/oder von Brüchen in den keramischen Teilen. Bin weiterer Nachteil dieser bekannten Systeme besteht darin, daß eine schnelle Sicherheitsabstellung nicht garantiert werden kann für den Fall, daß eine solche erforderlich wird, da das im Austrittsrohr verbleibende Glas eine nicht vernachlässigbare Wärmequelle darstellt und eine gewisse Zeit zur Abkühlung benötigt.

Die Kippmethode andererseits ergibt einen verzögerten Ausfluß des Glases, bedingt durch das Volumen an Schmelze, das notwendig ist, um das Austrittsrohr 2U füllen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen und Ventile ist der, daß die kontinuierliche Abgabe großer Mengen in relativ kurzen Zeitabständen eine großvolumige Schmelzvorrichtung erfordert. Es versteht sich, daß eine Joule'sch erwärmte Schmelzvorrichtung lediglich teilweise durch die Dosiervorrichtungen entleert werden kann, die relativ klein ausgebildet sind, verglichen mit dem gesamten Volumen der

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Schmelzvorrichtung, um eine stetige Aufheizung durch den Joule Thomsen effect zu sichern. Eine stetige Entleerung einer Joule'sch erhitzten Schmelzvorrichtung würde andererseits ein relativ kleines Volumen erforderlich .machen, da Letzteres lediglich durch die Standzelt bestimmt wird, die benötigt wird für die Schmelzkapazität der Schmelzvorrichtung oder die Verdunstungs- oder Verdampfungskapazität, wenn das in die Schmelzvorrichtung eingegebene Material eine wäßrige Lösung ist. Ein kleines Volumen für die Schmelzvorrichtung ist von besonderem Vorteil in der Nukleartechnik, da die Demontage und der Pernaustausch der Anlage umso beschwerlicher und aufwendiger wird, je größer die Abmessungen der Anlage sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermieden sind und daß insbesondere eine genaue Steuerung des Abgabestromes des geschmolzenen Materials aus einem Kessel erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet die Nachteile der bis zu diesem Tage bekannten Techniken und bietet erhebliche Vorteile im Hinblick auf die sichere Handhabung eines Stromes aus geschmolzenem Material, insbesondere von radioaktiven Schmelzen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum regelbaren Abgeben von geschmolzenem Material aus einer Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, bei dem ein erster Strom aus der Schmelzvorrichtung oder dem Zwischenkessel einem Überlaufsystem zugeführt wird, dessen Arbeitspegel mit Hilfe von Luftdruck in einer Verbindungskammer geregelt wird, die dem überlaufsystem zugeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere die Regelung der Strömung von geschmolzenem Material, das aus einem ersten Überlauf einer Schmelzvorrichtung oder eines Zwischenkessels ausfließt, wobei die Strömung aus dem ersten Überlauf einem weiteren Überlaufsystem zugeführt wird, das wenigstens eine Austrittsdüse aufweist, wobei der Arbeitspegel dieses weiteren überlaufsystems pneumatisch regelbar ist.

Diese fundamentalen Merkmale der Erfindung ermöglichen es, den Abgabestrom und die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials zu steuern bzw. zu regeln, indem der Gasdruck in der Druckkammer geregelt wird, die mit der Überlaufkammer des Überlaufkesseis in Verbindung steht. Eine solche pneumatische Regeleinrichtung gestattet in der Tat eine genaue und schnelle Steuerung und Regelung des Flüssigkeitspegels von geschmolzenem Material im Bereich der Düse des Überlaufkessels, wodurch eine Erhöhung oder Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials als Punktion der verfügbaren Menge des Materials am Einlaß der

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Überlaufdüse erreichbar ist; ein pulsierender Gasdruck in der Verbindungskammer während des Abgabe- bzw. Austragsvorganges gestattet eine pseudo-kontinuierliche Abgabe von geschmolzenem Material in Form von aus geschmolzenem Material bestehenden Glastropfen; derartige pneumatische Regelvorrichtungen gestatten ferner eine sehr schnelle Unterbrechung des Austrage- bzw. Abgäbevorganges, da jedes nachfließende Material aus dem ersten Auslaß der Schmelzvorrichtung oder des Zwischenkessels leicht vom Überlaufkessel absorbiert bzw. aufgenommen werden kann, indem in entsprechender Weise auf den Druck in der Verbindungskammer eingewirkt wird.

Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur geregelten Abgeben von geschmolzenem Material über einen überlauf einer Schmelzvorrichtung oder eines Zwischenkessels vorgesehen, in—dem das geschmolzene Material mit Hilfe eines pneumatischen Hubsystems in den Überlauf geleitet wird.

Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung gestattet einerseits die diskontxnuierlxche Abgabe in Portionen größerer Volumina und andererseits die vollständige Entleerung des Produktionskessels für den Fall, daß ein solches Entleeren gefordert werden sollte, indem ein pneumatisches Hubsystem eingesetzt wird, das ausreichend tief in den Produktionskessel hineinragt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei dem Verfahren zum geregelten Abgeben von geschmolzenem Material der Strom des geschmolzenen Materials

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über einen ersten überlauf vermittels eines pneumatischen Hubsystemes und das Ausströmen des geschmolzenen Materials aus dem ersten Überlauf mit Hilfe eines pneumatisch geregelten Überlaufsystemes geregelt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das pneumatische Hubsystem, das zur Steuerung und Regelung des Materialschmelzflusses zum ersten überlauf vorgesehen ist, ein Kanal- bzw. Rohrsystem aufweisen, das in das geschmolzene Material, das sich in der Schmelzvorrichtung oder in dem Zwischenkessel befindet, eintaucht, und ferner eine Saugvorrichtung, die an dieses Kanal- oder Rohrsystem angeschlossen ist.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das pneumatisch geregelte überlaufsystem mit einer bewegbaren Hubvorrichtung ausgestattet, die das System trägt und mit dem das System an, gegen oder unter den ersten Auslaß des Schmelz- oder Zwischenkessels fahrbar ist, wodurch per Fernbedienung eine leichte Montage, Entfernung und ein leichter Ersatz des Überlaufsystems ermöglicht wird.

Diese soeben beschriebene Ausführungsform der Erfindung zeigt sehr deutlich ein sehr bedeutendes Merkmal und den großen Vorteil der vorliegenden Erfindung.

Während bei den Verglasungsvorrichtungen der bisher bekannten Art das Austrittsventil stets fest mit dem Boden der

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Schmelzvorrichtung oder des Produktionskessels verbunden war, kann im Gegensatz dazu beim erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Austritts-"Ventilsystem"* das im wesentlichen aus dem pneumatisch geregelten Überlaufsystem besteht, völlig separat vom Produktionskessel angeordnet sein.

Dies gestattet einen wesentlich leichteren und sichereren Ersatz und/oder eine wesentlich leichtere und sicherere Wartung des "Ventilsystems", da Fernbedienungseinrichtungen in diesem Falle wesentlich einfacher einsetzbar sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird das pneumatisch geregelte Überlaufsystem in engen Kontakt mit den Außenwänden des Auslasses des ersten üb_erlaufes gebracht, um so eine Regelung der Dampfentlüftung und/oder der atmosphärischen Entlüftung um den ersten Auslaß und über das überlaufsystem zu ermöglichen.

Gemäß einem anderen äußerst zweckdienlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das pneumatisch geregelte Überlaufsystem mit einer Heizvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur für das geschmolzene Material versehen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann es ferner sehr zweckmäßig sein, das pneumatisch geregelte überlaufsystem mit mehreren Austrittsdüsen zu versehen, die in aufeinanderfolgenden überlaufpegelhöhen angeordnet sind, um so unmittelbar irgendwelchen Störungen oder Verstopfungen der Düsen zu begegnen.

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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Regeln der Abgabe von geschmolzenem Material aus einer Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, wobei diese Vorrichtung einen Schmelzkessel öder einen Zwischenkessel für das geschmolzene Material mit einem Auslaß und einer Überlaufeinheit aufweist, die unter dem Auslaß angeordnet ist und eine Überlaufkammer mit wenigstens einer Austrittsdüse in Höhe des Überlaufpegels (der Überlaufpegel) und eine Druckkammer aufweist, die mit einer Druckregelvorrichtung versehen ist und mit der Überlaufkammer in Verbindung steht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen Schmelzkessel oder einen Zwischenkessel für geschmolzenes Material auf, der einen Überlaufauslaß und eine pneumatische Hubanordnung aufweist, die ein Kanal- oder Rohrsystem umfaßt, das in den Kessel eintaucht und zum oder in den Überlaufauslaß führt, und ferner eine Saugvorrichtung, die an das Kanal- oder Rohrsystem angeschlossen ist, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Überlaufabgabeeinheit aufweist, die mit einer Heizvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur versehen ist, ferner mit einer Überlaufkammer mit wenigstens einer Austrittsdüse in Hohe des Überlaufpegels (der Überlaufpegel), und eine Druckkammer, die mit einer Druckregelexnrichtung versehen ist und mit der Überlaufkammer in Verbindung steht, wobei die Überlaufabgabeeinheit durch ein verfahrbares Hubgerät getragen wird, durch das die Einheit eng an den Schmelzoder Zwischenkessel unter dem Überlaufauslaß heranfahrbar ist.

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Bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Überlaufkessel in vorteilhafter Weise mit mehreren Austrittsdüsen in aufeinanderfolgenden Höhen der Überlaufpegel des Kessels versehen sein. Der Schmelzkessel oder der Zwischenkessel und der überlaufkessel bestehen vorzugsweise aus feuerfesten und isolierenden Materialien.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Abgabe von geschmolzenem Material vermeidet die eingangs beschriebenen Nachteile der bisher bekannten Verglasungsvorriehtungen, gestattet die Abgabe bzw. das Austragen von Schmelzportionen in einem weiten Größenbereich von etwa Tropfen- oder Perlengröße bis hin zu Volumina von 1oo Liter und mehr, verhindert jegliche plötzliche oder graduelle Temperaturänderungen und vermeidet den Einsatz von mechanischen oder bewegbaren Teilen, ermöglicht die sofortige Unterbrechung des Überlaufs, ohne daß eine beachtenswerte Nachströmung der Schmelze auftritt, erlaubt die Verwendung geringer Volumina für den Schmelzkessel, ermöglicht eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Abgabe der Schmelze, stellt sicher, daß die Strömungsgeschwindigkeit an der Austrittsdüse zu jeder Zeit der Strömungsgeschwindigkeit der der Schmelzvorrichtung zugeführten Materialien entspricht, auch wenn die Zufuhrgeschwindigkeit sehr gering ist, und verringert die Gefahr der Entstehung von Lecks in den Wänden der Anlage durch Verwendung einer Joule'sehen Erwärmung zwischen der Abgabeeinheit und der Raffinierkammer bzw. der Über-

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laufkammer, wobei die Wände kalter sind als die Schmelze.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit der verbesserten Arbeitsweise und größeren Sicherheit beim Dosieren von geschmolzenem Material sind in ihrem Einsatz nicht beschränkt auf radioaktive Schmelzen. Die vorliegende Erfindung kann ferner überall dort zum Einsatz kommen, wo geschmolzene Materialien ausgetragen werden sollen und wo eine genaue Steuerung und Regelung des Schmelzflusses erforderlich ist.

Die Erfindung soll nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ausgelegt ist für eine kontinuierliche Abgabe der Schmelze in tropfenförmigen oder größeren Mengen, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Variante der Vorrichtung gemäß Fig. 1, bei der zusätzlich eine diskontinuierliche Abgabe von Portionen veränderlicher Große möglich ist, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2, die so ausgelegt ist, daß zusätzlich ein Abgeben in

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größeren Portionen möglich ist oder sogar eine völlige Entleerung des Produktionskessels,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die so ausgelegt ist, daß sowohl eine kontinuierliche als auch diskontinuierliche Abgabe von Schmelze möglich ist,
Fig.5-7 Querschnitte durch die Abgabe- bzw.

Austragseinheit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in verschiedenen Betriebszuständen, Fig.8-1 ο Querschnitte durch die Abgabe- bzw. Austragsvorrichtung gemäß Fig. 2 in verschiedenen Betriebszuständen.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist eine Schmelzkammer und eine Raffinierkammer 2 auf, die beide aus einem feuerfesten Material 3, einem Isoliermaterial 4 und einem Stahlmantel 5 bestehen.

Die Vorrichtung weist ferner einen Einlaß 6 zum kontinuierlichen Zuführen von radioaktiven flüssigen oder festen Abfällen und eines abgewogenen oder dosierten Stromes von glasbildenden Zusätzen auf sowie einen Auslaß 7 für Abgase.

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Die Schmelzkammer 1 ist vermittels eines elektrischen Widerstandes oder einer Joule'sehen Wärmevorrichtung (nicht dargestellt) aufheizbar und vermittels einer keramischen Trennwand 8 von der Raffinierkammer 2 getrennt angeordnet, wobei die keramische Trennwand 8 den Fluß von Krusten auf dem Glas aus der Schmelzkammer 1 in die Raffinierkammer 2 verhindern soll.

Die Glasschmelze, die in der Schmelzkammer 1 gebildet wird, strömt in die Raffinierkammer 2 und fließt in einen feuerfesten keramischen Überlauf 9.

Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Abgabe- oder Austragseinheit 1o, die einen überlaufkessel aus feuerfestem Material 3, sowie Isoliermaterial 4 und einen Stahlmantel 5 aufweist. Die Abgabeeinheit 1o wird von einem Hubgerät 11 getragen, das die Einheit 1o in Anlage am Boden des Schmelz- und Raffinierkessels 1, 2 hält.

Der feuerfeste keramische Überlauf 9 wird auf Joule'sehe Welse erhitzt, indem eine Spannung zwischen der Glasschmelze in der Abgabeeinheit und einer Elektrode (nicht gezeigt),die in der Glasschmelze nahe dem Eingang des ersten Überlaufs 9 angeordnet ist, angelegt wird.

Eine Kühlvorrichtung 12 kann zwischen der Abgabeeinheit und dem Kessel 1,2 angeordnet werden.

Die Abgabe- bzw. Austrageeinheit 1o selbst weist eine Druckkammer 13 auf, die mit der Überlaufkammer 14 der Abgabeeinheit 1o in Verbindung steht. Die Druckkammer 13 ist ring-

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förmig ausgebildet und um den Auslaß 15 des Überlaufs 9 herum angeordnet und an eine pneumatische Druckleitung 16 angeschlossen, über die die Druckkammer im Abgabebetrieb unter leichtem Druck gehalten wird.

Die Schmelze in der Abgabeeinheit 1o wird für die Abgabe vermittels einer elektrischen Heizvorrichtung 17 bei der gewünschten Viskosität gehalten. Die aus dem Überlauf 9 in die Abgabeeinheit 1o strömende Schmelze verläßt schließlich die Einheit über eine Austrittsdüse, die in Höhe des Überlaufpegels der Einheit 1o angeordnet ist.

In Abhängigkeit vom Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14, wobei der Pegel 19 durch den Schmelzpegel in der Druckkammer 13 geregelt wird, wird die Schmelze über die Düse 18 entweder tropfenweise (Abgabemengen von 1 bis To Liter Schmelze pro Stunde) oder als kontinuierlicher Strom (bei höheren Produktionsraten) abgegeben bzw. ausgetragen.

Wenn ein sehr schnelles oder sofortiges Unterbrechen des Abgabevorganges erforderlich wird, wird der überdruck in der Kammer 13 abgelassen (und die Zufuhr zum Schmelzkessel 1 wird unterbrochen), wodurch bewirkt wird, daß der Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14 sofort abfällt. Jeder noch nachfolgende Strom aus dem Überlauf 9 in die Abgabeeinheit 1o wird dadurch im Abgabekessel.zurückgehalten, indem der Pegel 2o der Schmelze in der Kammer 13 geregelt wird.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Vorrichtung, die in der Fig. 2 gezeigt ist, ist die Raffinierkammer 2 mit einer

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metallischen oder keramischen Kappe 21 versehen, die den überlauf 9 abdeckt und mit einem Druckrohr 22 versehen ist. Durch Anwendung eines geringen Unterdruckes im Rohr 22 wird die Schmelze in der Kappe 21 und in dem Rohr 22 angesaugt. Die Kappe 21 und der überlauf 9 wirken dadurch als eine pneumatische Hubvorrichtung, wodurch bewirkt wird, daß die Schmelze durch Schwerkraft in die Abgabeeinheit 1o fließt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze wird durch den Unterdruck im Rohr 22 bestimmt. Ein schnelles Abstellen des Abgabevorganges erfolgt durch Aufhebung des Unterdruckes im Rohr 22 und durch den überdruck in der Kammer 13.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann daher sowohl zum kontinuierlichen Abgeben, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, eingesetzt werden, indem lediglich der überlauf 9 verwendet wird, oder zum diskontinuierlichen Abgeben in Portionen bis zu 25 Litern, indem die pneumatische Hubvorrichtung 21, 22 der Vorrichtung verwendet wird.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist ferner eine Entleerungsöffnung 23 im Boden der Schmelzkammer auf.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 und weist eine getrennte pneumatische Hubvorrichtung 25 mit einem Saugrohr 26 und Rohren 27 auf, welche bis nahe zum Boden des Schmelz- und Raffinierkessels 1,2 reichen. Durch diese Ausbildung ist es möglich, größere Portionen durch über die pneumatische Hubvorrichtung 25, 26, (bis zu 1oo Liter) diskontinuierlich auszutragen oder den Kessel 1,2 fast vollständig zu entleeren, als auch eine

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kontinuierliche überlaufabgäbe durchzuführen entsprechend der Vorrichtung nach Fig. 1, über den überlauf 9.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Raffinierkammer 2, der überlauf 9 und die pneumatische Hubvorrichtung 21, 22 und 25, 26, 27 gemäß Fig. 2 und 3 ersetzt worden durch einen keramischen Block, in dem Kanäle 3o, 31 für die Schmelze ausgebildet sind und ein Saugrohr 32 angeordnet ist.

Diese Ausführungsform gestattet sowohl die kontinuierliche Abgabe der Schmelze, wie zuvor in Verbindung mit Fig.1 erklärt, indem lediglich die Anordnung der Kanäle 3o, 31 als Überlaufeinrichtung verwendet wird, oder die diskontinuierliche Abgabe der Schmelze oder das Entleeren des Kessels 1, indem die Anordnung der Kanäle 3o, 31 und das Saugrohr 32 als pneumatische Hubvorrichtung eingesetzt werden.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner erläutert werden unter Bezug auf die Fig. 5 bis 7 der beigefügten Zeichnung.

Wenn kein Primärstrom die Abgabeeinheit 1o über den Überlauf 9 erreicht, stellt sich die Situation so dar, wie sie in der Fig. 5 dargestellt ist, bei der kein Druck der Kammer 13 zugeführt ist. Der Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14 und der Pegel 2o der Schmelze in der Verbindungskammer 13 sind gleich und liegen unterhalb des Überlaufpegels 3o der Abgabeeinheit 1o.

Sobald Schmelze der Abgabeeinheit 1o zugeführt wird über den überlauf 9, steigt der Pegel der flüssigen Schmelze

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bis zum Überlaufpegel 3o an (wie in der Fig. 6 gezeigt ist), und zwar auch unter dem Einfluß eines Überdruckes auf die Schmelze in der Verbindungskammer 13.

Durch Regulierung dieses Überdruckes in der Kammer 13 als Funktion der unregelmäßigen Zuströmung vom überlauf 9, ist es möglich, eine sehr gleichmäßige tropfenweise Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze über die Austrittsdüse 18 zu erhalten. Wenn die Abgabe unterbrochen werden soll, wird der Überdruck in der Kammer 13 abgelassen, und der Pegel 19 der Schmelze der überlaufkammer 14 fällt momentan unter den Überlaufpegel 3o (wie in der Fig. 7 gezeigt ist). Der abgesenkte Pegel in der Abgabeeinheit 1o erlaubt die Aufnahme noch nachfließender Schmelze, die in den Kessel aus dem Überlauf 9 gelangt, auch nach dem Abstellen des Speisestromes zum Produktionskessel 1, 2.

Die Arbeitsweise beim diskontinuierlichen Betrieb kann ferner erläutert werden unter Bezug auf die Fig. 8 bis 1o der beigefügten Zeichnung.

Wenn der Pegel 31 der flüssigen Schmelze in dem Produktionskessel 1, 2 niedriger ist als der Einlaß der Überlaufs 9, und wenn keine Saugwirkung über das Saugrohr 22 erfolgt, stellt sich die Situation so dar, wie sie in der Fig. 8 gezeigt ist. Es erreicht kein Primärstrom die Abgabeeinheit 1o.

Sobald Unterdruck im Saugrohr 22 eingesetzt wird, steigt der Pegel der flüssigen Schmelze in der Kappe 21, wodurch die Anordnung aus Kappe 21 und überlauf 9 als pneumatische Hubeinrichtung wirkt (wie in der Fig. 9 gezeigt ist).

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Es wird dann auch ein überdruck in der Kammer 13 erzeugt und dementsprechend steigt der Pegel 19 der flüssigen Schmelze in der Überlaufkammer 14 über den Pegel 3o des Überlaufs an. Die gesamte Menge der Schmelze, die in den Überlauf9 angehoben worden ist mit Hilfe des Unterdrucks im Rohr 22, wird auf diese Weise über die Austrittsdüse 18 ausgetragen.

Wenn der Abgabevorgang unterbrochen werden soll, wird die Saugwirkung im Saugrohr 22 unter Überdruck in der Verbindungskammer 13 abgestellt, wodurch der Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14 momentan unter den überlaufpegel 3o fällt (wie in der Fig. 1o gezeigt ist).

Die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sollen nun anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert werden.

Beispiel 1

Die Schmelzvorrichtung gemäß Flg. 1 wird kontinuierlich mit einer Mischung aus festen glasbildenden Zusätzen und festen kalzinierten flüssigen hochradioaktiven Abfällen gespeist. Bei Zufuhrgeschwindigkeiten bis zu 1o kg/h tropft Glasschmelze aus der Düse 18 auf eine rotierende Platte aus nichtrostendem Stahl, wie bei dem im britischen Patent Nr. 1 446 o16 beschriebenen Verfahren, auf das hiermit Bezug genommen wird.

Nach der Verfestigung durch natürliche Kühlung werden die gebildeten Glasperlen vermittels Druckluft von der Scheibe weggeblasen. Die Glasperlenerzeugung kann dadurch unterbrochen

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werden, daß der Überdruck in der Kammer 13 aufgehoben und die Zufuhr zur Schmelzvorrichtung 1 unterbrochen wird.

Beispiel 2

Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung kann auch dazu verwendet werden, Glaskugeln mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm zu erzeugen. Die Schmelzvorrichtung 1 wird dazu wie im Beispiel 1 gespeist. Durch Erzeugung eines Überdruckes in der Kammer 13 in festen Zeitabständen (Pulsbetrieb) können Glasvolumina von 2 bis 5 cm erhalten werden. Glaskugeln können aus diesen Portionen gemacht werden, wenn diese auf zwei gegeneinander rotierende Zylinder fallen, die parallel zueinander ausgerichtet sind und kontinuierlich mit Hilfe eines Kühlmittels benetzt werden. Die zum Teil abgekühlten Glaskugeln fließen unter der Schwerkraft innerhalb einer umlaufenden Trommel, die kontinuierlich mit Ruß ausgegossen wird und leicht geneigt angeordnet ist, wodurch ein kontinuierliches Austragen durch Schwerkraft erfolgt.

Beispiel 3

Die in der Fig. 2 gezeigte Vorrichtung kann ebenfalls für einen diskontinuierlichen Abgabebetrieb verwendet werden wegen des Vorhandenseins der Kappe 21. Die Schmelzvorrichtung 1 wird mit flüssigen oder festen hochradioaktiven Abfallprodukten beschickt, die mit glasbildenden Zusätzen vermischt sind. Ein diskontinuierliches Austragen aus dem Ofen in Portionen von etwa 25 Litern erfolgt dadurch, daß ein leichter Unterdruck im Rohr 22 erzeugt wird. Das Abgeben

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oder Austragen wird unterbrochen durch Abstellen des Unterdrucks im Rohr 22. Ein sofortiges vollständiges Stoppen des Glasstromes wird durch Beendigung sowohl des Unterdruckes im Rohr 22 als auch des Überdruckes in der Kammer 13 erhalten. Beispiel 4

Die Form und Ausführung der Kappe 21, die in der Fig. 2 dargestellt ist, ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer pneumatischen Hubanordnung 25 modifiziert worden. Glasperlenproduktion ist möglich auf die gleiche Art und Weise wie im Beispiel 1 beschrieben. Glaskugeln von 2 bis 5 ml Volumen können dadurch erzeugt werden, daß das Verfahren gemäß Beispiel 2 angewandt wird. Glasblöcke mit einem Volumen bis zu 1oo Litern können erzeugt werden durch Anwendung des Verfahrens gemäß Beispiel 3.

Beispiel 5

Der Überlauf 9 und die Kappe 21, die in der Fig. 2 dargestellt sind, werden ersetzt durch einen Keramikblock (Typ ZAC 1681 RT), in dem Kanäle für die Schmelze, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, ausgebildet sind. Unterdruck wird eingeführt über das Rohr 32. Glasperlen werden erzeugt durch das Verfahren gemäß Beispiel 1. Glaskugeln von. 2 bis 5 ml Größe werden durch das im Beispiel 2 beschriebene Verfahren erzeugt. Glasblöcke bis zu 1oo Litern können durch das in Beispiel 3 gegebene Verfahren erzeugt werden.

Damit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern des Austrags

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bzw. der Abgabe von geschmolzenem Material aus einer Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, aus dem ein primärer Schmelzfluß einem Überlaufsystem 14, 18 zugeführt wird, dessen Arbeitspegel mit Hilfe von Luftdruck in einer Verbindungskammer 13 regelbar ist, die dem Überlaufsystem zugeordnet ist. Geschmolzenes Material ist in einen ersten überlauf 9 mit Hilfe einer pneumatischen Liftanordnung 21, 22 überführbar.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur regelbaren Abgabe (Dosieren) von geschmolzenem Material aus einer Schmelzvorrichtung oder einem das geschmolzene Material enthaltenden Zwischenkessel, dadurch gekenn ζ e ichne t, daß ein erster Abgabestrom aus der Schmelzvorrichtung (3, 4, 5) oder dem Zwischenkessel einem ersten Überlaufsystem (2, 9) zugeführt wird, in dem der Arbeitspegel der Schmelze vermittels Luftdruck in einer dem überlaufsystem zugeordneten Verbindungskammer (2) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Regelung der Abgabemenge von geschmolzenem Material, das über einen ersten überlauf einer Schmelzvorrichtung oder eines Zwischenkessels abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabestrom aus dem ersten überlauf (9) mit Hilfe eines zweiten Überlaufsystemes (1o) geregelt wird, das wenigstens eine Austrittsdüse (18) aufweist und in dem der Arbeitspegel der Schmelze pneumatisch geregelt wird.

Dr.K./H.

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3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum geregelten Abgeben von geschmolzenem Material über einen! Überlauf aus einer Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material mit Hilfe eines pneumatischen Hubsystems in den Überlauf geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material mit Hilfe eines pneumatischen Hubsystemes in den ersten Überlauf geleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Hubsystem (Saugsystem) ein Kanal- oder Rohrsystem (25, 3o) aufweist, das in das in der Schmelzvorrichtung oder im Zwischenkessel befindliche geschmolzene Material eintaucht und an das eine Saugvorrichtung angeschlossen ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare Überlaufsystem mit einer bewegbaren Hubvorrichtung versehen ist, mit der das Überlaufsystem an, gegen oder unter den ersten Auslaß (15) der Schmelzvorrichtung oder des Zwischenkessels (3, 4, 5) gefahren und in Stellung gebracht wird, so daß per Fernbedienung ein leichtes Anbringen, Entfernen und Ersetzen des Überlauf sys temes ermöglicht wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare überlauf sys tem (1o) in enge Anlage an die Außenwände (5) des Auslasses (15) des ersten Überlaufs (9) gebracht wird und daß eine regelbare Dampfentlüftung und/oder eine Belüftung um den ersten Auslaß (15) und über das Überlaufsystem vorgesehen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare Überlaufsystem mit einer Heizvorrichtung (17) ausgestattet wird zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur für das geschmolzene Material.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare Überlaufsystem (1o) mit mehreren Austrittsdüsen (18) in aufeinanderfolgenden Überlaufpegelhöhen versehen ist, um so direkt irgendwelchen Düsenverstopfungen begegnen zu können.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Behandlung von Schmelzen eingesetzt wird für Verfestigungsprozesse von flüssigen hochradioaktiven Abfällen.

11. Vorrichtung (Dosiervorrichtung) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen

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Schmelzkessel oder Zwischenkessel (3, 4_r 5) für geschmolzenes Material mit einem Auslaß (15) für dieses Material, durch

eine Überlauf-Abgabevorrichtung (1o), die unter dem Auslaß (15) angeordnet ist und eine überlaufkammer (14) aufweist, die mit wenigstens einer Austrittsdüse (18) in Höhe des Über-

i laufpegels (19) (der Überlaufpegel) versehen ist, und ferner eine Druckkammer (13), die mit einer Druckregelvorrichtung (16, 13) ausgestattet ist und mit der überlaufkammer (14)! in Verbindung steht.

12« Vorrichtung (Dosiervorrichtung) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, gekenn ζ e i chne t

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durch einen Schmelzkessel oder Zwischenkessel (3, 4, 5) für geschmolzenes Material mit einem Über lauf aus laß {15) und |einer

pneumatischen Hubanordnung (21, 22; 25, 26; 3o, 31, 32), die Kanäle oder Rohre aufweist, die in den Kessel eintauchen und zu oder in den überlaufauslaß (9; 31) führen, und mit einer Saugvorrichtung, die an das Kanal- oder Rohrsystem angeschlossen ist, durch eine Überlauf-Abgabeeinheit (1o), die mit einer Heizvorrichtung (17) zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur versehen ist und eine Überlaufkammer (14) aufweist, die mit wenigstens einer Austrittsdüse (18) in Höhe des Überlaufpegels (19) (der Überlaufpegel) ausgestattet ist, und ferner eine Druckkammer (13), die mit einer Druckregelein-

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richtung (16) ausgestattet ist und mit der überlaufkammer (14) in Verbindung steht, wobei die Überlauf-Abgabeeinheit

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von einer bewegbaren Hubvorrichtung (11) getragen wird und von dieser Hubvorrichtung in enge Anlage an den Schmelzkessel oder Zwischenkessel (3/ 4, 5) unter den Überlaufauslaß (15) fahrbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, Insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Überlauf-Abgabeeinheit (1o) mit mehreren Austrittsdüsen (18) an aufeinanderfolgenden überlaufpegeln (19) der Überlaufkammer (14) versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelz- oder Zwischenkessel (3,4,5) und die Abgabeeinheit (1o) aus feuerfesten und isolierenden Materialien hergestellt sind.

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